铁路通信信号电源视频监控技术的应用及分析

刘军启

（北京电铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100036）

铁路通信信号电源由分布在铁路沿线的铁路10 kV配电所、自动闭塞电力线路、电力贯通线路、站场供电线路及车站变配电装置等组成，它与提高运输效率，保证行车安全有着密切关系。目前，随着铁路装备水平的大幅提高，高科技、现代化供配电装置被大量采用。虽然铁路10 kV电力远动系统在新建及改造铁路得到广泛推广，但铁路10 kV配电所的自动化管理水平有限，设备巡视、倒闸作业、故障抢修、恢复供电等主要依靠工区人员现场作业，对设备的工作状况不能进行实时监控，对配电所的非法外来侵入不能及时报警。

为提高铁路通信信号供电的可靠性及铁路10 kV配电所运营维护管理水平，在郑徐线电气化改造工程中引入铁路10 kV配电所视频监控技术。

1 铁路10 kV配电所视频监控系统概述

铁路10 kV配电所视频监控系统利用计算机、网络和通信技术，实现对铁路沿线10 kV配电所供配电设施的实时视频监控。系统由主控站、被控站和通信通道3部分设备构成。在主控站调度中心设置视频监控主机，在被控站各10 kV配电所设置视频监控终端，通信通道采用铁路通信网络。通过各10 kV配电所视频监控终端，实现音、视频信息采集及上传处理等功能。在调度端视频监控主机完成录像回放、语音对讲及告警联动等功能。

铁路10 kV配电所视频监控系统的应用，可以对10 kV配电所内的所有高低压设备、微机保护装置以及配电所室内外空间等进行实时画面传送和存储。拉近了10 kV配电所与供电段调度中心，乃至铁道部调度中心的距离，使设备运营维护变得更直观，可以在第一时间观察到故障设备，指导工作人员进行现场操作。门禁与红外报警功能，便于人员的管理和及时发现外来入侵，从而大大提高铁路10 kV配电所运营维护自动化水平和通信信号供电的可靠性。

2 郑徐线10 kV配电所视频监控系统概况

郑徐线10 kV配电所视频监控系统是郑徐线电气化改造工程的一部分，是在改造后列车开行速度200 km/h、通信信号等专业供电可靠性要求大大提高的前提下应用的。郑徐线10 kV配电所视频监控系统包括1个调度主站、5座配电所视频监控终端、连接调度主站和配电所视频监控终端的视频数据传输通道。调度主站设在郑州供电段内，10 kV配电所分布在铁路沿线。郑徐线10 kV配电所视频监控系统网络拓扑，如图1所示。

2.1 系统构成

2.1.1 调度主站设备

调度主站设备设置在供电段电力调度所内，配置1台监控主机（视频工作站），完成远程安全视频监控功能。

监控主机选用高性能工控机，采用与硬解码相对应的计算机软解压，在计算机上安装网络视频管理软件，所有功能都在计算机上完成。

2.1.2 被控站设备

2.1.2.1 网络视频服务器

网络视频服务器是监控系统的核心设备，其性能决定了整个系统的稳定性和实用性，采用嵌入式网络数字硬盘录像机。它具备数字音视频录像机（DVR）和数字视音频服务器（DVS）的功能。它完全脱离PC平台，建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上，不采用PC处理器和PC操作系统。设备具有超强的稳定性、功能性和网络互联性，已广泛应用于各种监控场合。

具有强大的远程监控功能：支持远程音视频浏览控制；远程多路音视频传输；远程双向音频对讲；支持多路监控业务平台；远程录像资料调阅、下载；远程软件升级；支持IE浏览。

具有8个开关量采集接口，能够采集红外、烟感、门开等开关量信息，其采集信息和控制信息共用1个串口，与网络视频编码器连接。采集部分主要负责实时采集各监测点的环境信息；组成交叉立体式安防系统，实现对设备运行、操作状况及其发热、防火、防盗和人为事故的监控。

2.1.2.2 摄像机

适应10 kV配电所运行环境，具有抗过电压、电磁干扰和防污、防雨等功能。具有逆光补偿功能，可手动/自动聚焦，自动光圈。

2.1.2.3 红外微波双鉴、红外对射报警器

用于大门安全监控。本系统采用总线扩充的优势，通过报警主机进行集中监控，并采用多束主动红外线在防范区域形成一张无形的“网”，设防后，在防范区域形成一道看不见的光栅墙。当侵入者通过警戒区域，即可发生现场报警，并通过报警主机，将信号发送到10 kV配电所的监控系统，通过通信系统传送到调度主站。

2.1.2.4 门禁控制器

采用单门控制器，引入先进的卡存储技术和时钟技术，加大了控制器的存储空间，时钟更准确；支持通用Wiegand格式的读卡器；设计工艺更新，提高抗干扰性，系统整体性能更稳定；能支持联网操作，具有防潜回功能。适合使用于智慧型出入控制系统、考勤系统等。

2.1.2.5 云台

配置选择室外全方位云台。

2.1.2.6 通信通道

调度主站与各视频监控终端之间采用铁路通信系统提供的专用数据传输通道。

系统通信通道采用环形通道，每个被控站到控制中心配置1路通信传输速率为2.048 Mbit/s的E1通道。

2.2 系统功能设置

2.2.1 图像监视

调度主站的值班员可以实时监视各10 kV配电所的图像。分布在10 kV配电所的摄像机不停地将现场情况传给值班员，只要摄像机布置合理，完全可以实现10 kV配电所的无人值班远程监控。

10 kV配电所各摄像机将模拟视频信号接入当地的视频监控终端，视频监控终端将其进行数字化并压缩，压缩标准为H.264，然后将压缩的图像数据打包，以IP包的形式在网络上传输。网络上任意1台计算机都可以接受视频数据，并解压播放。

具有视频图像的时序切换、分组切换、关联切换、报警自动切换及锁定功能。可用摄像机记录仪表盘的读数，达到远程抄表功能。

2.2.2 硬盘录像

由于在变电站前端设置了硬盘录像机，硬盘容量可达120 GB。所有图像数据均可在10 kV配电所进行录像；另外，由于按照标准压缩编码格式进行了数字化，因此，凡是可以看到图像的计算机都可进行本地录像，将视频数据保存在硬盘上，这样就形成了10 kV配电所录像、调度主站录像以及临时录像等多级录像体系。这种分布录像体系增加了整个系统的录像容量，提高了系统性能。

录像的策略有手动、自动循环、报警触发录像等。录像文件的回放有逐帧、慢放、正常、快速、放大和缩小等方式。

2.2.3 远程控制

可以实现远程控制摄像机、云台、雨刷、除尘、矩阵、画面分割器、灯光、布防撤防和其他各种动力设备。

所有远程视频监控终端经过授权，可以控制并操作10 kV配电所内的视频监控设备及其他动力设备，系统根据用户级别进行权限设置。

系统可以人工进行当地或远程布防/撤防，也可以事先确定布防/撤防策略，由系统按照制定的策略自动进行布防/撤防。

2.2.4 电子地图

系统以地图的方式显示摄像头所在位置及各种探头、门禁的位置，并显示布防区域及在图上进行布防撤防操作。有报警时，图上相应的图标闪烁，准确判断报警位置，有多级地图功能。

2.2.5 语音对讲

系统装有音视频设备的终端或工作站，能选取相应的对象实现语音对讲或广播，同时显示图像，即初步的电视会议功能。通过语音对讲功能实现与站内维护人员远程对讲。

2.2.6 现场操作指示

10 kV配电所的各种操作严格遵守操作规程，但是10 kV配电所的各种操作比较繁琐，因此必须结合相应的保证措施，将误操作的可能性降到最小。视频监控系统可利用远程实时监控和语音对讲功能，由调度主站的值班人员对远方10 kV配电所操作人员进行操作指导。如果发现不正确的操作或误入带电间隔，可以通过广播、电话及时提醒操作人员，从而确保操作的万无一失。

另外，可以发现一些在地面不易察觉的工作遗留物品，从而消除安全隐患。

2.2.7 报警及报警联动

可以接入各种报警信号，包括电力远动系统通过通信传输的报警信号。视频监控终端接收到报警信号后，按照事先设置作相应的报警联动处理，如启动灯光、开始录像等。

报警种类有安防、图像、动力环境监控、广义报警（从电力远动系统传输的报警信号）等几种。

当报警事件发生时，电子地图的图标开始闪烁，摄像头预置位联动显示相应的画面，警铃动作，并存储、打印和录像等。

2.2.8 事件记录

系统能对远方周界、火灾等报警信号进行记录，增加传统监控、调度系统中事件记录的类型。

2.2.9 系统管理

系统具备用户、设备和数据管理的功能。

2.2.10 软件在线维护、修改、扩展功能

系统具有对在线应用软件维护修改功能。对各种用户画面和数据库进行在线修改、编辑和定义。数据库具有良好的可扩充性和强大的适应性。

3 通道测试分析比选

10 kV配电所视频监控系统的成功应用，通信通道起到重要作用，直接影响图像传输的速率和质量。本系统初始方案为采用铁路TMIS骨干网作为视频数据传输通道。由于TMIS骨干网传输带宽＜2 M，并承载了其他重要的数据信息，因此，需要在该传输网络中现场测试大流量的视频数据传输的可行性和可靠性。

运营、设计单位和设备厂家在郑州供电段（调度主站）、海棠寺（网络节点）进行了联合测试。测试结果如表1所示，图像传输16 fps，有10 s左右延迟，图像传输基本流畅，8路同时传输时有马赛克，边缘有锯齿。

表1 郑徐线10 kV配电所视频通信通道测试表

由于考虑到多路图像同时传输过程中，网络带宽的占用，以及TMIS骨干网承载的正常业务受到视频数据流传输的影响。本系统对通信通道进行了调整，经过经济技术比较，最终采用与既有电化视频通道整合的方案，取得了满意的效果。

4 有待进一步完善提高

由于投资和铁路运营管理既有模式的限制，目前只能对铁路10 kV配电所实现视频监控，随着铁路装备自动化水平的不断提高，沿线重要的供电设施，如箱式变电站等也应纳入视频监控系统。

随着铁路站段的整合，铁路10 kV配电所视频监控应与电化视频监控进行整合，一并考虑。

此外要通过先进的科学技术，不断提升画面质量及传输速率，完善视频监控系统软件，做到及时报警，充分发挥视频监控系统的作用。

5 结论

郑徐线10 kV配电所视频监控系统的应用，为我国铁路电力自动化技术的发展提供了宝贵经验。为今后铁路10 kV配电所实现无人值班的运营模式做出了有益探索。尤其是在我国繁忙的铁路运输环境下，进一步确保了通信信号供电的可靠性。经过广大建设、施工、设计人员的共同努力，铁路10 kV配电所视频监控技术渐趋完善，也取得了广泛共识，在今后的发展中应不断探讨，加强交流，建成更加适合我国铁路应用的铁路电力视频监控系统。

[1] TB10008-2006 铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[2] GB50198-94 民用闭路监视电视系统工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，1994.